Gewürz im Weltraum: Im bahnbrechenden Schwerelosigkeits-Chili-Pfeffer-Projekt der NASA

Vor einigen Wochen genossen Astronauten auf der Internationalen Raumstation (ISS) ein ganz besonderes Tacos-Festmahl, darunter frische Hatch-Paprikaschoten, die im Orbit angebaut wurden. Dies war mehr als nur ein Spaß für die Crew, dies waren die ersten blühenden Pflanzen, die im Weltraum angebaut, geerntet und konsumiert wurden, und sie stellen einen Sprung nach vorne in der Komplexität von Pflanzen dar, die in Mikrogravitation angebaut werden.

Um zu erfahren, wie man leckeres, frisches Gemüse im Weltraum anbaut, haben wir mit LaShelle Spencer gesprochen, der Projektleiterin des Chili-Pfeffer-Experiments, die das Projekt von der Auswahl und Vorbereitung der Samen über das Verpacken für den Start bis hin zur Fernüberwachung der Pflanzen überwachte während sie auf der ISS wuchsen und die erste Ernte beaufsichtigten.

Eine gemütliche Pflanzenumgebung im Weltraum

Das Ziel des Projekts war einfach: zu beweisen, dass es möglich ist, eine komplexe Blütenpflanze wie Chilischoten im Weltraum anzubauen. Während es relativ einfach ist, Blattgemüse wie Grünkohl auf der ISS anzubauen und jüngste Projekte erfolgreich Gemüse wie Radieschen sowie Weizen anbauen, ist der Anbau von Chilis komplexer als diese früheren Projekte – sowohl weil die Pflanzen eine sorgfältige Bestäubung erfordern als auch, weil dies erforderlich ist Sie wachsen so viel länger (ungefähr vier Monate) im Vergleich zu schnelleren Ernten wie Salat und Radieschen.

Die Pflanzen wurden in einem speziellen Behälter auf der ISS namens Advanced Planet Habitat angebaut, einem vollautomatischen System, das Forscher am Boden aus der Ferne steuern können. Jeden Tag werden Fotos von den Pflanzen innerhalb des Habitats gemacht, und die Forscher können viele Aspekte der Umgebung kontrollieren, wie die Einstellung der roten, grünen und blauen LED-Leuchten oder der Temperatur im Zuchttank.

Die APH ist eine geschlossene Umgebung. Im Vergleich dazu, wenn man in einem Blumenkasten wächst, sagte Spencer: „Du hast Mutter Natur. Du hast Sonne und das volle Spektrum [des Lichts].“ Bei APH steht nur ein begrenztes Lichtspektrum zur Verfügung und die Pflanzen verpassen ultraviolettes Licht – was dazu führt, dass Paprika winzige Tumore auf der Unterseite ihrer Blätter bilden. Dies ist für die gewählte Hatch-Pfefferpflanze kein Problem, kann aber für andere Sorten ein Problem sein.

Ein weiteres Thema ist die Befruchtung. „Wir verwenden zeitverzögerte Düngemittel“, erklärt Spencer. „Wir mussten sicherstellen, dass wir die richtige Nährstoffmischung haben, um uns durch ein 120-tägiges Experiment zu führen. Es ist eine Mischung aus Kalzium, Magnesiumnitrat und dergleichen. Und wenn sie weg sind, sind sie weg. Es gibt keine Möglichkeit, dem System weitere Nährstoffe hinzuzufügen.“

Bedingungen im laufenden Betrieb anpassen

Obwohl Spencers Team zu Testzwecken ein ähnliches Gerät wie das APH in seinem Labor hatte und es simulierte, welche Bedingungen die Pflanzen benötigten, war es immer noch schwierig, genau vorherzusagen, welche Bedingungen die Chilis im Weltraum brauchen würden. „Wir mussten uns spontan anpassen“, sagte sie, was sie vom Boden aus tun konnten, indem sie Faktoren wie die Lichtverhältnisse im Lebensraum oder die Auswaschung bestimmter Chemikalien aus der Umgebung optimierten.

Zum Beispiel war der Wasserbedarf der Pflanzen auf der Erde anders als auf der Raumstation, was sie anhand von Fotos der Pflanzen beim Wachsen entdeckten. "Der Wasserbedarf ist wahrscheinlich 10-15% höher als der, den wir am Boden taten", erklärte Spencer, was auf die Art und Weise zurückzuführen war, wie Wasser in der Schwerelosigkeit um das APH herum ruhte und sich bewegte.

Schwerkraftlose Pflanzen wachsen seltsam

Trotz all dieser Optimierungen gab es immer noch Unterschiede in der Art und Weise, wie die Pflanzen in der Schwerelosigkeit wuchsen. Unter den Schwerkraftbedingungen der Erde wächst die verwendete Chilisorte gerade nach oben, wobei die Blüten und Früchte nach unten hängen. „In der Schwerelosigkeit hatten die Pflanzen eine buschigere Morphologie und wuchsen parallel zum Wissenschaftsträger [der Schale, in die die Samen gepflanzt werden]. Die Blüten öffneten sich gerade und einige der Früchte öffneten sich auch gerade “, erklärte Spencer.

Dieser Unterschied in der Form der Pflanze ist auch nicht nur eine Kuriosität, da er möglicherweise die Bestäubung der Pflanzen beeinflusst hat. Spencers Team stellte fest, dass ihre Chiliernte im Orbit langsamer bestäubte als auf dem Boden. im Gegensatz dazu, eine nach unten gerichtete Blüte zu schütteln und den Pollen in der Blüte vermischen zu lassen.

„Die Schwerelosigkeit hatte definitiv einen großen Einfluss auf die Pflanzenmorphologie“, sagte sie, aber die Schwerelosigkeit wirkt sich nicht auf alle Pflanzen gleichermaßen aus. „Wir bauen seit einiger Zeit Blattgemüse in VEGGIE an, und wenn wir das richtige Wasser haben, gedeihen sie sehr gut. Es gibt nichts zu sagen, dass sie sich von dem unterscheiden, was wir vor Ort anbauen. Jetzt, wo wir zu fruchttragenden Pflanzen übergegangen sind, gibt es definitiv einen Unterschied.“

Einer der größten Unterschiede war, dass die Pflanzen im Weltraum etwa 50 % kleiner ausfielen als die am Boden. Aber die Chilis, die sie produzierten, waren immer noch beträchtlich und erreichten eine Länge von etwa 10 bis 15 Zentimetern.

Leckere Weltraum-Tacos

Warum also Chilis anbauen? Nun, für den Anfang sind sie reich an Vitamin C und die Pflanzen sind robust genug, um auch unter schwierigen Bedingungen gut zu wachsen. Neben dem ernährungsphysiologischen Aspekt ist die charakteristische Schärfe der Chilis bei den Astronauten sehr wünschenswert, sagte Spencer: „Die Crew hat schon immer den Wunsch nach würzigerem Essen geäußert, da die Mikrogravitation ihre Geschmacksknospen beeinflusst. Sie mögen scharfe Soße!“

Trotz der Komplexität des Paprikaanbaus war die erste Ernte ein großer Erfolg. "Es war fantastisch!" sagte Spencer. Sie und ihr Team sahen sich Fotos der Paprikaernte an und schickten dem Astronauten Mark Vande Hei Anweisungen, sieben davon für die Ernte auszuwählen. Sie waren meistens grün, mit einer roten Paprika. Nachdem die Paprika sorgfältig gepflückt, die Astronauten gewürfelt sie dann nach oben und genossen sie in Tacos, der Astronaut Megan McArther beschrieben als „Friday Schlemmen!“

Freitag Festessen! Nach der Ernte durften wir rotes und grünes Chili probieren. Dann haben wir Umfragen ausgefüllt (die Daten müssen unbedingt sein! ). Schließlich habe ich meine bisher besten Space-Tacos gemacht: Fajita-Rindfleisch, rehydrierte Tomaten & Artischocken und HATCH CHILE! https://t.co/pzvS5A6z5u pic.twitter.com/fJ8yLZuhZS

– Megan McArthur (@Astro_Megan) 29. Oktober 2021

Ein psychologischer Schub

Dies weist auf einen der großen Vorteile des Anbaus frischer Lebensmittel im Weltraum hin: Es ist nicht nur gut für die körperliche Gesundheit der Astronauten, frisches Gemüse zu essen, sondern auch für ihr geistiges Wohlbefinden . Psychologische Experimente vor Ort haben gezeigt , dass die Pflege von Pflanzen Zufriedenheit und Stolz vermittelt und dazu beitragen kann , die Stimmung zu verbessern und Stress abzubauen . Dasselbe gilt wahrscheinlich auch für Astronauten, insbesondere wenn man bedenkt, dass sie sich in einer geschlossenen Umgebung mit wenig Zugang zur Natur befinden.

Während Spencers Team noch auf Daten darüber wartet, wie die Astronauten sich um die Chilis gekümmert haben (sie füllen einen Fragebogen zu ihren Erfahrungen im Rahmen des Experiments aus), sagte sie, dass sie der Meinung war, dass die Astronauten bei der Beobachtung eine positive Erfahrung gemacht haben sie interagieren mit den Pflanzen. „Ich sehe Aufregung in ihren Gesichtern, wenn ich sie durch die Kameras beobachte“, sagte sie. "Ich kann sagen, dass sie ihren Geruch lieben."

Die Astronauten können auch zwischen den Zeiten, in denen sie Operationen wie das Ernten durchführen, Zeit mit den Pflanzen verbringen. "Sie konnten die Abdeckung abnehmen und in ihrer Freizeit durch das Fenster schauen", sagte Spencer. Und das erwies sich auch für das Experiment als nützlich, da eines der Crew-Mitglieder eine Pflanze entdeckte, die während ihrer Freizeit ein häufiges Problem namens Blütenendfäule entwickelte, das dann aus der Ernte entfernt wurde.

Was kommt als nächstes für Pflanzen im Weltraum?

Mit der ersten Ernte ist das Experiment noch nicht abgeschlossen. Weitere Chilis werden weiter wachsen und die nächste Ernte ist vorläufig für den 26. November geplant. Schließlich werden einige Chilis auf die Erde zurückgebracht, wo ihre genetische Ausstattung mit ähnlichen Chilis verglichen wird, die auf der Erde angebaut werden, und Spencer und ihr Team werden eine Nährwertanalyse durchführen.

Spencer sagt auch, dass es noch viele weitere Fragen gibt, die sie untersuchen möchte, wie sich Mikrogravitation auf Bestäubung und Fruchtbildung auswirkt, da wir noch weit davon entfernt sind, vollständig zu verstehen, wie sich ein Mangel an Schwerkraft auf diese komplexen Pflanzen auswirkt. Im Moment sind wir jedoch einen Schritt näher daran, Astronauten mit leckerem, gesundem Essen zu versorgen und dabei viel über Pflanzen zu lernen.